用于被动NOX吸附(PNA)系统的组合物技术方案

本公开涉及一种用于处理气体的含有被动NOx吸附(PNA)材料的基底以及用于制备此类基底的修补基面涂层。还提供了制备所述PNA材料的方法，以及制备含有所述PNA材料的所述基底的方法。更具体地说，本公开涉及一种用于PNA系统的含有PNA材料的带涂覆的基底，所述带涂覆的基底适用于处理废气。还公开了排气处理系统以及使用催化转化器和排气处理系统的车辆，如柴油车或汽油车，具体地轻型柴油车或汽油车；所述催化转化器和排气处理系统使用所述带涂覆的基底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉引用本申请要求2014年3月21日提交的美国临时专利申请号61/969,035、2014年4月28日提交的美国临时专利申请号61/985,388以及2015年2月26日提交的美国临时专利申请号62/121,444的优先权权益。那些申请的全部内容特此以引用的方式并入本文。专利
本公开涉及催化剂领域。更具体地说，本公开涉及用于氮氧化物的作为用于发动机和车辆的被动NOx吸附(PNA)系统的一部分的纳米颗粒催化剂和储存材料。专利技术背景汽车排气主要包含有害气体，如一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)和烃类(HC)。环境关注和政府法规已致力于通过转化为更良性的气体如二氧化碳(CO2)、氮(N2)和水(H2O)来除去来自车辆排气中的这些有害燃烧产物。为了完成这种转化，废气必须穿过含有能够将CO氧化成CO2、将NOx还原成N2和H2O以及将烃类氧化成CO2和H2O的材料的处理系统。排放法规和标准在全世界变得越来越严格，尤其是对于NOx排放物而言。用于减少释放到大气中的NOx的量的两种竞争性排气技术是贫燃NOx捕集器(LNT)和选择性催化还原(SCR)。LNT在贫燃发动机操作期间(即，当存在过量氧时)吸收、储存或捕集氮氧化物，并且在废气中的氧含量降低时释放且转化这些气体。LNT系统的实例可以在国际专利申请PCT/US2014/061812和美国临时申请61/894,346中找到，所述申请特此以引用的方式整体并入。另一方面，SCR单元减少氮氧化物而不管废气中氧的量。然而，SCR单元不能在低操作温度(例如，200℃以下的温度)下适当地减少NOx排放物。不幸地是，当发动机最初起动(“冷起动”)、但在排放系统中的催化转化器LNT或SCR单元已经升温至其操作温度之前时，产生了由内燃机排出的相当大部分的污染气体。为了在冷起动阶段(如轻型柴油车或汽油车(例如，汽车或轻型卡车)的冷起动阶段)期间减少有害排放物，可使用包括用于污染物的临时储存的修补基面涂层来涂覆在车辆的催化转化器中使用的基底。在催化转化器加热至其操作温度(称为起燃温度)(转化率达到最大速率的50％时的温度)之后，储存的气体被释放且随后被催化转化器分解。高起燃温度是不合需要的，因为许多车辆行程具有短持续时间，并且在催化转化器达到其操作温度所需的时间期间，污染物必须不经处理地释放到环境中，或储存在排气系统中直到达到起燃温度。即使污染物在起燃之前被有效捕集，但如果进行多次连续短行程，催化转化器也可能不会达到操作温度。因此，用于储存的修补基面涂层可能变得饱和，从而再次导致污染物释放到环境中。此外，发动机或车辆的排气温度可取决于发动机或车辆的类型而变化。因此，催化活性材料的操作温度或SCR单元的操作温度可取决于发动机和车辆而变化。例如，大型发动机(例如，大于2.5升)通常比小型发动机(例如，小于2升)更冷运行。因此，期望用于储存污染物的可调材料，其中释放温度可向上或向下调整或调节以适应发动机或车辆中的变化操作温度。可商购的催化转化器使用通过湿化学方法沉积在基底上的铂族金属(PGM)催化剂，如来自溶液的铂离子、钯离子或铂离子和钯离子沉淀到基底上。这些PGM催化剂是催化转化器成本的很大一部分。因此，期望用于制备催化转化器的PGM催化剂的量的任何减少。可商购的催化转化器还展示一种称为“老化”的现象，其中所述催化剂随时间推移变得不那么有效；起燃温度随着催化转化器老化而开始上升，并且排放水平也开始上升。因此，还期望降低老化作用，以便延长用于控制排放物的催化转化器的功效。
技术实现思路
本文描述用作被动NOx吸附剂(PNA)的带涂覆的基底，用于制备用作PNA的带涂覆的基底的修补基面涂层制剂，用于制备用作PNA的带涂覆的基底的方法，以及并入用作排放控制系统中的PNA的带涂覆的基底的系统。所公开的PNA能够在低起动温度下吸附NOx排放物并且能够在有效操作温度下(例如，在起燃温度或在起燃温度以上)且在贫燃条件下释放所吸附的NOx。此外，所公开的PNA能够减少在催化转化器中使用的铂族金属的量。在较低温度(其中尚未达到NOx的T50的温度)下，NOx排放物可阻断一氧化碳和烃类的氧化。因此，在较低温度下储存NOx排放物且在较高温度(如在NOx的T50温度以上的温度)下释放所述排放物能够减少氧化汽车排气污染物所需的PGM的量。此外，所公开的PNA材料可能还能够在从环境直至最大可变温度的温度下储存尽可能多的NOx排放物。最大可变温度可取决于所使用的发动机和车辆的类型而变化。因此，所公开的PNA材料能够可调以储存在一些实例中仅达到约100℃、在一些情况下达到约150℃且在一些情况下达到约200℃或更高的NOx排放物。不管最大可变温度，所述PNA材料能够展现略高于最大可变温度的“急剧”释放温度。在一些实施方案中，被动NOx吸附剂(PNA)组合物(即，材料)包含在多个包含氧化铈的支撑体颗粒上的纳米级铂族金属(PGM)。所述多个支撑体颗粒可以是微米级的和/或纳米级的。所述多个支撑体颗粒可包含氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。此外，所述支撑体颗粒可以是HSA5、HSA20或其混合物。所述多个支撑体颗粒上的纳米级PGM可通过湿化学技术和/或初步润湿、随后煅烧来产生所述多个支撑体颗粒上的纳米级PGM可包含复合纳米颗粒，所述复合纳米颗粒包含支撑体纳米颗粒和PGM纳米颗粒。这些复合纳米颗粒可被粘合至微米级载体颗粒以形成微颗粒上纳米颗粒上纳米颗粒结构和/或所述复合纳米颗粒可被包埋在载体颗粒内以形成微颗粒内纳米颗粒上纳米颗粒结构。所述载体颗粒可包含氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。所述载体颗粒可包含86wt.％氧化铈、10wt.％氧化锆以及4wt.％氧化镧。此外，所述复合纳米颗粒可以是由等离子体产生的。所述PNA组合物中的PGM可包括钯和/或钌。所述PNA组合物可包含2g/L至4g/L钯，包括3g/L钯。所述PNA组合物可包含3g/L至15g/L钌和5g/L至6g/L钌。所述PNA组合物可包含大于或等于约150g/L的多个支撑体颗粒或大于或等于约300g/L的多个支撑体颗粒。在一些实施方案中，带涂覆的基底包括基底和被动NOx吸附剂(“PNA”)层，所述层包括PNA组合物。以上针对先前描述的PNA组合物描述的变化也适用于在此带涂覆的基底中列举的PNA组合物。所述PNA层能够储存达到至少第一温度的NOx气体且在所述第一温度或在所述第一温度以上释放所储存的NOx气体。所述第一温度可以是150℃或300℃。所述带涂覆的基底可用于大于或等于2.5L的发动机系统中或小于或等于2.5L的发动机系统中。所述PNA层可进一步包括勃姆石颗粒。所述PNA组合物(包括在多个支撑体颗粒上的纳米级PGM)可占所述PNA层中的PNA组合物与勃姆石颗粒的混合物的95重量％至98重量％。所述勃姆石颗粒可占所述PNA层中的PNA组合物与勃姆石颗粒的混合物的2重量％至5重量％。所述基底可包括堇青石和/或蜂巢状结构。带涂覆的基底还可包括直接沉积在所述基底上的角填充层。所述PNA层可包括2g/L至4g/L钯，包括3g/L钯。所述PNA层可包括3g/L至15g/L钌和5g/L至6g/L钌。所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带涂覆的基底，其包括：基底；以及被动NOx吸附剂(PNA)层，其包括在多个包含氧化铈的支撑体颗粒上的纳米级铂族金属(PGM)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.21 US 61/969,035;2014.04.28 US 61/985,388;1.一种带涂覆的基底，其包括：基底；以及被动NOx吸附剂(PNA)层，其包括在多个包含氧化铈的支撑体颗粒上的纳米级铂族金属(PGM)。2.如权利要求1所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层储存达到至少第一温度的NOx气体且在所述第一温度或在所述第一温度以上释放所述储存的NOx气体。3.如权利要求2所述的带涂覆的基底，其中所述第一温度是150℃。4.如权利要求1至3中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒是微米级的。5.如权利要求1至3中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒是纳米级的。6.如权利要求1至5中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒进一步包含氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。7.如权利要求6所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒包含HSA5、HSA20或其混合物。8.如权利要求1至7中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过湿化学技术、随后煅烧来产生。9.如权利要求1至7中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过初步润湿、随后煅烧来产生。10.如权利要求1至3和5至7中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM包含复合纳米颗粒，其中所述复合纳米颗粒包含支撑体纳米颗粒和PGM纳米颗粒。11.如权利要求10所述的带涂覆的基底，其中所述复合纳米颗粒被粘合至微米级载体颗粒以形成NNm颗粒。12.如权利要求10所述的带涂覆的基底，其中所述复合纳米颗粒被包埋在载体颗粒内以形成NNiM颗粒。13.如权利要求11至12中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述载体颗粒包含氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。14.如权利要求13所述的带涂覆的基底，其中所述载体颗粒包含86wt％氧化铈、10wt％氧化锆以及4wt％氧化镧。15.如权利要求10至14中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述复合纳米颗粒是由等离子体产生的。16.如权利要求1至15中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述PGM包含钯。17.如权利要求16所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层包含约2g/L至约4g/L钯。18.如权利要求17所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层包含约3g/L钯。19.如权利要求16至18中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述带涂覆的基底被用于大于或等于2.5L的发动机系统中。20.如权利要求1至15中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述PGM包含钌。21.如权利要求20所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层包含约3g/L至约15g/L钌。22.如权利要求21所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层包含约5g/L至约6g/L钌。23.如权利要求20至22中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述第一温度是300℃。24.如权利要求20至23中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述带涂覆的基底被用于小于或等于2.5L的发动机系统中。25.如权利要求1至24中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层包含大于或等于约150g/L的所述多个支撑体颗粒。26.如权利要求1至25中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层包含大于或等于约300g/L的所述多个支撑体颗粒。27.如权利要求1至26中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述PNA层进一步包含勃姆石颗粒。28.如权利要求27所述的带涂覆的基底，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM占所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM与所述PNA层中的勃姆石颗粒的混合物的95重量％至98重量％。29.如权利要求27至28中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述勃姆石颗粒占所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM与所述PNA层中的勃姆石颗粒的所述混合物的2重量％至5重量％。30.如权利要求1至29中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述基底包括堇青石。31.如权利要求1至30中任一项所述的带涂覆的基底，其中所述基底包括蜂巢状结构。32.如权利要求1至31中任一项所述的带涂覆的基底，其进一步包括直接沉积在所述基底上的角填充层。33.一种催化转化器，其包括如权利要求1至32中任一项所述的带涂覆的基底。34.一种排气处理系统，其包括用于废气的管道和根据权利要求33所述的催化转化器。35.一种车辆，其包括根据权利要求33所述的催化转化器。36.如权利要求35所述的车辆，其中所述车辆符合欧洲排放标准欧5。37.如权利要求35所述的车辆，其中所述车辆符合欧洲排放标准欧6。38.一种柴油车，其包括根据权利要求33所述的催化转化器。39.如权利要求38所述的柴油车，其中所述柴油车是轻型柴油车。40.一种处理废气的方法，所述方法包括使如权利要求1至32中任一项所述的带涂覆的基底与所述废气接触。41.一种处理废气的方法，所述方法包括使如权利要求1至32中任一项所述的带涂覆的基底与所述废气接触，其中所述基底被容纳在被配置为接收所述废气的催化转化器内。42.一种修补基面涂层组合物，其包含以下固体含量：95重量％至98重量％的在多个包含氧化铈的支撑体颗粒上的纳米级PGM；以及2重量％至5重量％的勃姆石颗粒。43.如权利要求42所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物储存达到至少150℃的NOx气体且在150℃或在150℃以上释放所述储存的NOx气体。44.如权利要求42所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒是微米级的。45.如权利要求42所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒是纳米级的。46.如权利要求42至45中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒进一步包含氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。47.如权利要求46所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒包含HSA5、HSA20或其混合物。48.如权利要求42至47中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过湿化学技术、随后煅烧来产生。49.如权利要求42至47中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过初步润湿、随后煅烧来产生。50.如权利要求42至43和45至47中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM包含复合纳米颗粒，其中所述复合纳米颗粒包含支撑体纳米颗粒和PGM纳米颗粒。51.如权利要求50所述的修补基面涂层组合物，其中所述复合纳米颗粒被粘合至微米级载体颗粒以形成NNm颗粒。52.如权利要求50所述的修补基面涂层组合物，其中所述复合纳米颗粒被包埋在载体颗粒内以形成NNiM颗粒。53.如权利要求51至52中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述载体颗粒包含氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。54.如权利要求53所述的修补基面涂层组合物，其中所述载体颗粒包含86wt％氧化铈、10wt％氧化锆以及4wt％氧化镧。55.如权利要求50至54中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述复合纳米颗粒是由等离子体产生的。56.如权利要求42至55中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述PGM包含钯。57.如权利要求56所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物包含约2g/L至约4g/L钯。58.如权利要求57所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物包含约3g/L钯。59.如权利要求56至58中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物被用于大于或等于2.5L的发动机系统中。60.如权利要求42至55中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述PGM包含钌。61.如权利要求60所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物包含约3g/L至约15g/L钌。62.如权利要求61所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物包含约5g/L至约6g/L钌。63.如权利要求60至62中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物储存达到至少300℃的NOx气体且在300℃或在300℃以上释放所述储存的NOx气体。64.如权利要求60至63中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物被用于小于或等于2.5L的发动机系统中。65.如权利要求42至64中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物包含大于或等于约150g/L的所述多个支撑体颗粒。66.如权利要求42至65中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述修补基面涂层组合物包含大于或等于约300g/L的所述多个支撑体颗粒。67.如权利要求42至66中任一项所述的修补基面涂层组合物，其中所述固体被悬浮于pH值介于3与5之间的水性介质中。68.一种处理废气的方法，所述方法包括：使带涂覆的基底与包含NOx排放物的废气接触，其中所述带涂覆的基底包括：基底；以及PNA层，其包括在多个包含氧化铈的支撑体颗粒上的纳米级PGM。69.如权利要求68所述的方法，其中所述PNA层储存来自所述废气的达到至少第一温度的所述NOx排放物且在所述第一温度或在所述第一温度以上释放所述储存的NOx排放物。70.如权利要求69所述的方法，其中所述第一温度是150℃。71.如权利要求68至70中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒是微米级的。72.如权利要求68至70中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒是纳米级的。73.如权利要求68至72中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒进一步包含氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。74.如权利要求73所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒包含HSA5、HSA20或其混合物。75.如权利要求68至74中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过湿化学技术、随后煅烧来产生。76.如权利要求68至74中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过初步润湿、随后煅烧来产生。77.如权利要求68至70和72至74中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM包含复合纳米颗粒，其中所述复合纳米颗粒包含支撑体纳米颗粒和PGM纳米颗粒。78.如权利要求77所述的方法，其中所述复合纳米颗粒被粘合至微米级载体颗粒以形成NNm颗粒。79.如权利要求77所述的方法，其中所述复合纳米颗粒被包埋在载体颗粒内以形成NNiM颗粒。80.如权利要求78至79中任一项所述的方法，其中所述载体颗粒包含氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。81.如权利要求80所述的方法，其中所述载体颗粒包含86wt％氧化铈、10wt％氧化锆以及4wt％氧化镧。82.如权利要求77至81中任一项所述的方法，其中所述复合纳米颗粒是由等离子体产生的。83.如权利要求68至82中任一项所述的方法，其中所述PGM包含钯。84.如权利要求83所述的方法，其中所述PNA层包含约2g/L至约4g/L钯。85.如权利要求84所述的方法，其中所述PNA层包含约3g/L钯。86.如权利要求83至85中任一项所述的方法，其中所述废气来自大于或等于2.5L的发动机。87.如权利要求68至82中任一项所述的方法，其中所述PGM包含钌。88.如权利要求87所述的方法，其中所述PNA层包含约3g/L至约15g/L钌。89.如权利要求88所述的方法，其中所述PNA层包含约5g/L至约6g/L钌。90.如权利要求87至89中任一项所述的方法，其中所述第一温度是300℃。91.如权利要求87至90中任一项所述的方法，其中所述废气来自小于或等于2.5L的发动机。92.如权利要求68至91中任一项所述的方法，其中所述PNA层包含大于或等于约150g/L的所述多个支撑体颗粒。93.如权利要求68至92中任一项所述的方法，其中所述PNA层包含大于或等于约300g/L的所述多个支撑体颗粒。94.如权利要求68至93中任一项所述的方法，其中所述PNA层进一步包含勃姆石颗粒。95.如权利要求94所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM占所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM与所述PNA层中的勃姆石颗粒的混合物的95重量％至98重量％。96.如权利要求94至95中任一项所述的方法，其中所述勃姆石颗粒占所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM与所述PNA层中的勃姆石颗粒的所述混合物的2重量％至5重量％。97.如权利要求68至96中任一项所述的方法，其中所述基底包括堇青石。98.如权利要求68至97中任一项所述的方法，其中所述基底包括蜂巢状结构。99.如权利要求68至98中任一项所述的方法，其进一步包括直接沉积在所述基底上的角填充层。100.一种形成带涂覆的基底的方法，所述方法包括：用包含在多个包含氧化铈的支撑体颗粒上的纳米级钯或钌的修补基面涂层组合物涂覆所述基底。101.如权利要求100所述的方法，其中所述修补基面涂层组合物储存达到至少150℃的NOx气体且在150℃或在150℃以上释放所述储存的NOx排放物。102.如权利要求100所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒是微米级的。103.如权利要求100所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒是纳米级的。104.如权利要求100至103中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒进一步包含氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。105.如权利要求104所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒包含HSA5、HSA20或其混合物。106.如权利要求100至105中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过湿化学技术、随后煅烧来产生。107.如权利要求100至105中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM通过初步润湿、随后煅烧来产生。108.如权利要求100至101和103至105中任一项所述的方法，其中所述多个支撑体颗粒上的所述纳米级PGM包含复合纳米颗粒，其中所述复合纳米颗粒包含支撑体纳米颗粒和PGM纳米颗粒。109.如权利要求108所述的方法，其中所述复合纳米颗粒被粘合至微米级载体颗粒以形成NNm颗粒。110.如权利要求108所述的方法，其中所述复合纳米颗粒被包埋在载体颗粒内以形成NNiM颗粒。111.如权利要求109至110中任一项所述的方法，其中所述载体颗粒包含氧化铈、氧化锆、氧化镧、氧化钇或其组合。112.如权利要求111所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·A·比贝格尔，B·卡雷尔，尹清华，祁喜旺，
申请(专利权)人：SDC材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US